CN112566998B - 微粒材料及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种具有主体的微粒材料，所述主体包括包含在所述主体中的掺杂剂，其中所述掺杂剂非均匀地分布在整个所述主体中并且所述主体具有至少35％的最大归一化掺杂剂含量差。

Description

微粒材料及其形成方法
技术领域
本发明涉及微粒材料，诸如包含非均匀地分布在主体内的掺杂剂的微粒材料。
背景技术
磨料颗粒以及由磨料颗粒制成的磨料制品可用于各种材料去除操作，包括研磨、精加工和抛光。根据磨料的类型不同，此类磨料颗粒可用于在制造商品中成形或研磨各种材料和表面。迄今为止，已经配制了某些类型的磨料颗粒，它们具有特定的几何形状，诸如三角形磨料颗粒和包含此类物体的磨料制品。参见例如美国专利第5,201,916号、第5,366,523号和第5,984,988号。
已经用于生产具有特定形状的磨料颗粒的三种基本技术是(1)熔合、(2)烧结和(3)化学陶瓷。在熔合过程中，磨料颗粒可通过表面经过雕刻或不经雕刻的冷却辊、浇注熔融材料的模具或浸入氧化铝熔体中的散热材料成形。参见例如美国专利第3,377,660号，其中公开了一种方法，该方法包含以下步骤：使熔融的磨料从熔炉中流到冷却的旋转浇铸圆柱体上，快速固化材料以形成薄的半固态弯曲片材，用压力辊将半固态材料压实，然后通过快速驱动的冷却输送机将半固态材料的条带从圆柱体中拉出以反转其曲率，从而使其部分压裂。
在烧结过程中，磨料颗粒可由粒度为直径最高达10微米的耐火粉末形成。可将粘结剂与润滑剂和合适的溶剂(例如水)一起添加到粉末中。所得的混合物或浆液可成形为各种长度和直径的小板块或棒。参见例如美国专利第3,079,242号，其中公开了一种由锻烧矾土材料制成磨料颗粒的方法，该方法包含以下步骤：(1)将材料研磨成细粉，(2)在正压下压实所述粉末的细颗粒并使其形成晶粒尺寸的团聚体，以及(3)在低于矾土熔合温度的温度下烧结颗粒的团聚体，导致颗粒发生有限的重结晶，从而直接生产出一定尺寸的磨料颗粒。
化学陶瓷技术涉及将胶体分散体或水溶胶(有时称为溶胶，任选地与其他金属氧化物前体的溶液处于混合物中)转化为凝胶或任何其他物理状态，其限制组分的移动性、干燥和烧制以获得陶瓷材料。参见例如美国专利第4,744,802号和第4,848,041号。
根据一个方面，本说明书包括一种形成磨料微粒的方法，该方法包括：粉碎微粒前体；浸渍微粒前体；以及进行富集过程并且在磨料微粒的主体的富集区域中选择性地沉积与主体的掺杂区域相比浓度更高的掺杂剂，该掺杂区域与主体的中心区域相关联。
在另一方面，本说明书包括一种磨料微粒，该磨料微粒包括主体和包含在主体中的掺杂剂，其中掺杂剂非均匀地分布在整个主体中并且其中主体包含至少35％的最大归一化掺杂剂含量差。
在再一方面，本说明书包括一种磨料微粒，该磨料微粒包括主体和包含在主体中的掺杂剂，其中掺杂剂非均匀地分布在整个主体中并且在主体中限定以下区域：a)富集区域，该富集区域邻接主体的外表面且具有第一掺杂剂含量；b)掺杂区域，该掺杂区域在主体的中心区域中且不同于富集区域，该掺杂区域具有第二掺杂剂含量；以及c)耗尽区域，该耗尽区域介于富集区域与掺杂区域之间，该耗尽区域限定掺杂剂的归一化含量的大于0.04％/nm的减少。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且让本公开的众多特征和优点对于本领域的技术人员显而易见。
图1包括根据一个实施例的示出一种形成微粒材料的过程的流程图。
图2至图5包括根据本文的实施例的磨料微粒的透视图图示。
图6A包括根据一个实施例的磨料微粒的横截面图示。
图6B包括针对三种磨料微粒的最大强度归一化相对于穿透深度的三个一般性曲线图，其中一些是本文实施例的代表。
图7包括根据一个实施例的结合有磨料微粒的带涂层磨料制品的横截面图示。
图8包括根据一个实施例的结合有磨料微粒的粘结磨料制品的横截面图示。
图9包括根据一个实施例的带涂层磨料制品的一部分的顶视图图示。
图10包括实例中磨料微粒的最大强度归一化相对于穿透深度的曲线图。
图11包括根据一个实施例的磨料颗粒的SEM图像和平均曲率半径的测量。
具体实施方式
本发明涉及磨料微粒及形成磨料微粒的方法。磨料微粒可用于各种应用中，包括但不限于游离磨料应用(例如，研磨或抛光泥浆)或固定磨料应用，包括例如带涂层磨料、粘结磨料、非织造磨料等。
图1包括根据一个实施例的一种用于形成磨料微粒的方法的流程图。如图1所示，在步骤101处，通过形成微粒前体来发起该过程。适用于形成微粒前体的过程可包括多种过程，包括但不限于水热处理、引入晶种的溶胶-凝胶过程、化学反应等。
可从原料粉末开始形成微粒前体。在至少一个实施例中，原料粉末可选自由以下项组成的组：氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氧氮化物、氧硼化物以及它们的组合。在某些实例中，原料粉末可包括氧化物。此外，原料粉末可包括氧化铝。在一个实施例中，原料粉末可包括水合氧化铝。在另一个实施例中，原料粉末可包括α-氧化铝。
如本文所指出的，原料粉末可包括接种的材料，诸如通过接种加工途径加工的材料。即，例如，原料可包括晶种材料，其可为被构造为控制原料粉末中特定晶相的生长的化合物、络合物或元素。接种的原料粉末中可能包括少量晶种材料，其可能促进在原料粉末的进一步加工过程中形成特定晶相。本文描述了一种非限制性接种加工途径。在其他实例中，原料粉末可包括未接种的材料，并且基本上不合晶种材料。
提供原料粉末可包括通过获得铝质原料来合成颗粒材料。虽然某些铝质原料可商购获得，但在其他实例中，也可制造铝质原料。根据一个实施例，形成过程可包括诸如分散、混合、胶凝、接种、煅烧、成形、印制、模制、挤出、压制、干燥、压碎、筛分、分选以及它们的组合的过程。
如本文所指出的，可通过根据接种途径制造粉末，包括例如制造铝质原料来获得原料粉末。在一个实施例中，铝质原料可包括悬浮液中的勃姆石前体和勃姆石晶种(或者溶胶或浆液)，其可以经过热处理(诸如通过水热处理)，以使勃姆石前体转化为由颗粒或微晶形成的勃姆石颗粒材料。本文所用的术语″勃姆石″通常表示水合氧化铝，包括矿物勃姆石(通常为Al2O3·H2O并且具有15％左右的含水量)以及含水量高于15％(诸如占重量的20-38％)的拟薄水铝石。应当指出，勃姆石(包括拟薄水铝石)具有特定且可识别的晶体结构，并因此具有独特的X射线衍射图，因此与其他铝质材料区别开来，所述其他铝质材料包括其他水合氧化铝，诸如本文用于制造勃姆石微粒材料的一种常用的前体材料ATH(三氢氧化铝)。
形成合适的勃姆石微粒材料后，可进行热处理以实现多晶型转变，从而除去水并且形成氧化铝材料。根据一个方面，勃姆石微粒材料可具有相对细长的形态，在本文一般根据初次(以及二次和三次)纵横比来描述。
初级纵横比被定义为最长尺寸与垂直于最长尺寸的下一个最长尺寸的比率，并且一般不小于2∶1，并且优选地不小于3∶1、4∶1或6∶1。具体参考针形颗粒，这些颗粒可参考定义为第二长尺寸与第三长尺寸的比率的次级纵横比来进一步表征。次级纵横比一般不大于3∶1，通常不大于2∶1，或甚至不大于1.5∶1，并且通常为约1∶1。次级纵横比一般描述垂直于最长尺寸的平面内颗粒的横截面几何形状。应当指出的是，由于本文使用术语纵横比来表示最长维度与下一个最长维度的比率，因此可将其称为初级纵横比。
另选地，勃姆石微粒材料可具有板状或小板块状轮廓，一般具有与上文结合针形颗粒所述的主纵横比的细长结构。然而，小板块状颗粒通常具有相背对的主表面，所述相背对的主表面通常为平面的并且通常彼此平行。此外，小板块状颗粒可被表征为次级纵横比大于针形颗粒的次级纵横比，一般不小于约3∶1，诸如不小于约6∶1，或甚至不小于10∶1。
通过接种过程形成的勃姆石微粒材料的形态可具有相对细的粒度。一般来讲，平均勃姆石材料粒度不大于约100纳米，并且落在约10至100纳米的范围内。其他实施例具有甚至更细的平均粒度，诸如不大于约80纳米、75纳米、60纳米、50纳米、40纳米，甚至平均粒度小于30纳米的颗粒，其代表细微粒材料。如本文所用，结合高纵横比勃姆石微粒材料所述的″平均粒度″用于表示颗粒的平均最长尺寸。
除勃姆石颗粒材料的纵横比和平均粒度以外，勃姆石颗粒材料的形态可进一步通过比表面积来表征。这里，利用BET技术来测量勃姆石微粒材料的比表面积。根据本文的实施例，勃姆石微粒材料可具有相对高的比表面积，一般不小于约10m2/g，诸如不小于约50m2/g、70m2/g、或不小于约90m2/g。由于比表面积是颗粒形态以及粒度的函数，因此一般来讲，实施例的比表面积小于约400m2/g，诸如小于约350或300m2/g。表面积的特定范围为约75m2/g至200m2/g。
转到制造接种的勃姆石微粒材料的过程细节，大致椭圆形、针形或小板块状勃姆石通过大体描述于上文所述的共有专利(美国专利4,797,139)的水热处理方法由勃姆石前体形成，该勃姆石前体通常为包括铝土矿物的铝质材料。更具体地，勃姆石颗粒材料可通过以下步骤形成：将勃姆石前体和勃姆石晶种混合为悬浮液，对悬浮液(或者溶胶或浆液)进行热处理以使原料转化为勃姆石颗粒材料，其进一步受悬浮液中提供的勃姆石晶种的影响。加热一般在自生环境中进行，即在高压灭菌器中进行，以便在处理期间产生升高的压力。悬浮液的pH值通常选自小于7或大于8的值，并且勃姆石晶种材料的粒度可小于约0.5微米。通常，晶种颗粒的含量大于勃姆石前体(按Al2O3计算)的约1重量％，并且在大于约120℃诸如大于约125℃或甚至大于约130℃的温度和自发产生的压力(通常为约30psi)下进行加热。
诸如通过水热处理或薄水铝石转化完成热处理后，通常通过超滤过程或通过热处理蒸发残留的液体以除去液体。应当指出，本文所述的粒度通常描述的是通过加工形成的单个颗粒，而不是在某些实施例中可能残留的聚集体(例如，对于那些需要聚集体材料的产品)。
在勃姆石颗粒材料形成过程中可修改某些加工变量，以影响所需的形态。这些变量包括重量比，即勃姆石前体与勃姆石晶种的比率、加工期间所用的酸或碱的特定类型或种类(以及相对pH值)以及***温度(与自热水环境中的压力成正比)。
合适的酸和碱包括无机酸(诸如硝酸)、有机酸(诸如甲酸)、氢卤酸(诸如盐酸)以及酸性盐(诸如硝酸铝和硫酸镁)。有效的碱包括例如胺(包括氨)、碱金属氢氧化物(诸如氢氧化钾)、碱土金属氢氧化物(诸如氢氧化钙)和碱性盐。
在形成勃姆石微粒材料之后，该过程可进一步包括对勃姆石微粒材料进行热处理以形成铝质材料作为微粒前体。热处理可包括在足以引起转变为特定的氧化铝相(例如，γ、δ、θ、α)或氧化铝相的组合的温度下煅烧勃姆石微粒材料，从而提供合适的铝质材料。出于澄清的目的，铝质材料是指包含大量(重量％)氧化铝(Al2O3)的材料，优选地至少约80重量％、至少90重量％、至少95重量％，或甚至基本上由氧化铝组成。另外，勃姆石颗粒材料可在热处理之前用于其他过程，包括例如提供添加剂，如本文所详述。
煅烧过程可包括将前体微粒加热至适合于去除特定挥发性组分并促进多孔材料的形成的温度。在一个特定实例中，煅烧过程可在至少约300℃的温度下进行。在其他实例中，煅烧温度可能更高，诸如至少约600℃、至少约700℃或甚至至少约750℃。另外，煅烧过程可在不大于约1200℃诸如不大于约1000℃或甚至不大于约900℃的温度下进行。应当理解，煅烧过程可在上文提到的任何最小值和最大值之间的范围内的温度下进行。
在某些情况下，可在部分煅烧之前、期间或甚至之后，将前体微粒爆裂性粉碎。爆裂性粉碎包括将干燥或部分煅烧但未燃烧的可挥发含量为至少5％(按重量计)的材料直接送入保持在400℃以上的炉中，并控制温度和停留时间以产生爆裂性粉碎的材料。在某些条件下，当温度和持续时间得到适当控制时，微粒中的挥发性材料会迅速蒸发，导致微粒破裂。与通过其他粉碎技术形成的其他磨料微粒相比，此过程可产生具有一个或多个独特形状特征(诸如锐度和纵横比)的随机形状磨料颗粒。
再次参考图1，在步骤101之后，该过程可在步骤102处，通过向微粒前体提供掺杂剂(例如，添加剂)以形成浸渍的微粒前体而继续进行。根据一个实施例，加入掺杂剂的过程可包括浸渍过程，该过程可包括将掺杂剂提供到微粒前体的孔中。可通过自然或人工过程获得微粒前体的孔隙率。例如，煅烧可促进多孔原料粉末的形成，并且此后，可将掺杂剂添加到煅烧的多孔微粒前体以促进浸渍。
在某些情况下，浸渍过程可包括用掺杂剂饱和微粒粉末的孔隙率。饱和可包括用掺杂剂填充微粒前体的孔体积的至少一部分。另外，饱和过程可包括用掺杂剂填充大部分孔隙率，并且更具体地，可包括用掺杂剂填充微粒前体的基本上所有总孔隙率。
在某些情况下，掺杂剂可包含多于一种组分。例如，掺杂剂可由一种或多种前体或组分制成，该一种或多种前体或组分通过随后的处理将在最终形成的磨料微粒中形成期望的掺杂剂材料。根据一个实施例，掺杂剂或第一组分可包括以下一项或多项：碱元素、碱土元素、过渡金属元素、稀土元素或它们的任意组合。更具体地，掺杂剂可包括选自由以下项组成的组：铪、锆、铌、钽、钼、钒、锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铬、钴、铁、，锗、锰、镍、钛、锌、铈、钕、钆、铕、硅、磷或它们的任意组合。根据一个实施例，掺杂剂包含镁，并且可基本上由镁或氧化镁组成。镁或氧化镁不必直接浸渍到前体微粒中，而是掺杂剂或第一组分可包括盐，并且可作为包含掺杂剂的溶液存在。例如，第一组分可包括盐溶液。在一个特定实施例中，第一组分可包括镁(Mg)，并且更具体地，可包括镁盐，诸如氯化镁、硝酸镁、乙酸镁等。
掺杂剂可包括但不必包括不同于第一组分的第二组分。例如，第二组分可包括碱元素、碱土元素、过渡金属元素、稀土元素或它们的任意组合。
用掺杂剂(或一种或多种掺杂剂组分)浸渍前体微粒的过程可包括将前体微粒暴露于掺杂剂。例如，前体微粒可沉积到含有掺杂剂的溶液中以促进掺杂剂浸渍到前体微粒的孔中。可控制浸渍过程的持续时间和温度以促进掺杂剂浸渍到前体微粒中。
任选地，一个或多个富集过程可与浸渍过程一起使用或在浸渍过程之外使用，以促进形成具有本文实施例中所述某些特征的磨料微粒。例如，本文实施例的磨料微粒可具有富集区域，该富集区域可邻接颗粒的外表面并且与磨料颗粒主体内的其他区域相比包含显著更高含量的掺杂剂。在不希望受特定理论束缚的情况下，据认为，通过本文中的过程产生的掺杂剂在整个主体中的特定非均匀分布可促进磨料微粒和相关磨料制品的性能改进。可促进形成掺杂剂的特定非均匀分布的富集过程可包括但不限于选择性沉积、浸渍、涂覆、浸泡、混合、加热、干燥、冷却或它们的任意组合。更具体地，富集过程可控制相对于主体的中心区域，外表面处的掺杂剂含量、浓度或暴露时间。在某些情况下，与包含在主体体积中且与外表面隔开的主体中心区域相比，主体的外表面和内部的紧邻区域可随时间暴露于更大含量的掺杂剂。富集过程可包括控制浸渍时间、温度、压力、掺杂剂浓度、相和/或含掺杂剂介质(例如，一种或多种掺杂剂组分)的粘度中的至少一种以控制掺杂剂的浸渍深度。在一个特定实施例中，富集过程可在初始浸渍过程之后进行。富集过程可包括将掺杂剂沉积到浸渍的前体微粒的外表面上。在一个实施例中，掺杂剂可为浆液、糊状物或甚至粉末的形式。浸渍的前体微粒可在密闭容器中滚动或与掺杂剂混合以完成富集过程。在另一实施例中，富集过程可包括将颗粒浸泡在含吸收剂的材料中并干燥。可控制时间、温度、压力、掺杂剂浓度及其他条件以控制浸渍速率，从而在磨料微粒的主体中形成富集区域。
在步骤102处形成浸渍的微粒前体之后，该过程可在步骤103处通过由浸渍的微粒前体形成磨料微粒而继续进行。根据一个实施例，形成过程可进一步包括将浸渍的微粒前体转化为最终形成的磨料微粒。形成磨料微粒可包括一个或多个过程，诸如挥发、烧结、某些结晶相的转化、压实、期望掺杂剂材料的形成或它们的组合。在至少一种情况下，形成过程可包括烧结浸渍的微粒前体以形成压实的磨料微粒，该压实的磨料微粒具有包含在磨料微粒的主体中的期望掺杂剂种类。烧结可促进高温相的形成，诸如α-氧化铝。烧结可在至少约500℃，诸如至少约700℃或甚至至少约800℃的温度下进行。另外，烧结可在不大于约1400℃，诸如不大于1300℃、诸如不大于1200℃、诸如不大于1100℃或甚至不大于约1000℃的温度下进行。应当理解，烧结可在上述最低温度和最高温度中任一者之间的范围内的温度下进行。
此外，应当理解，烧结可在特定时间和特定气氛下进行。例如，烧结可在环境条件下进行至少约1分钟、或甚至至少约4分钟、至少约1小时诸如至少约2小时或甚至至少约3小时。此外，烧结期间所用的气氛可包括氧化气氛、还原气氛或惰性气氛。
根据一个实施例，在进行形成过程之后，磨料微粒具有的密度可为理论密度的至少约95％。在其他情况下，磨料微粒可具有更大的密度，诸如理论密度的至少约96％或甚至至少约97％。
在进行形成过程之后，磨料微粒可具有诸如不大于约100m2/g的比表面积。在再其他实施例中，比表面积可为不大于约90m2/g，诸如不大于80m2/g，或甚至不大于约10m2/g，或甚至不大于约1m2/g。另外，磨料微粒的比表面积可为至少约0.01m2/g，或甚至至少约0.05m2/g。应当理解，磨料微粒的比表面积可在上述任何最小值和最大值之间的范围内。
在又一个实施例中，磨料微粒可具有主体，该主体具有平均或均值粒度，该粒度可选自一组预定的筛分粒度。例如，主体可具有不大于5000微米且至少0.1微米的平均粒度。在某些情况下，主体可具有不大于约4mm诸如不大于约3mm、不大于约2mm、不大于约1mm或甚至不大于约0.8mm的平均粒度。另外，在另一个实施例中，主体可具有至少约0.1μm的平均粒度。应当理解，主体可具有在上述任何最小值和最大值之间的范围内的平均粒度。
在磨料行业中使用的颗粒通常在使用前分级为给定的粒度分布。此类分布通常具有从粗颗粒到细颗粒的粒度范围。在磨料领域，该范围有时被称为″粗″、″控制″和″细″分数。根据磨料行业公认的分级标准分级的磨料颗粒规定了在数值范围内每个标称等级的粒度分布。此类行业公认的分级标准(即，磨料行业指定的标称等级)包括：美国国家标准学会(ANSI)标准、欧洲磨料制造者联盟(FEPA)标准和日本工业标准(JIS)标准。
ANSI等级标号(即规定的标称等级)包括：ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI24、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI 100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400和ANSI 600。FEPA等级标号包括P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000和P1200。JIS等级标号包括JIS8、JIS12、JIS 16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS 100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS 1000、JIS 1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS 10000。另选地，可使用美国标准将磨料微粒分级至标称筛分等级。符合ASTME-1 1的″针对测试目的的筛布和筛的标准规格″的美国标准试验筛被分级为标称筛分等级。ASTM E-1 1规定了试验筛的设计和构造需求，所述试验筛利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的粒度对材料进行分类。典型标号可以表示为-18+20，其意指颗粒可通过符合18目筛的ASTM E-1 1规范的试验筛，并且保留在符合20目筛的ASTM E-1 1规范的试验筛上。在各种实施例中，磨料微粒可具有标称筛分等级，包含：-18+20、-20/+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70/+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。或者，可以使用诸如-90+100的定制目尺寸。
在步骤103处形成磨料微粒之后，在步骤104处可利用一个或多个过程。如图1所示，磨料微粒可用于一个或多个磨料应用或非磨料应用中。例如，磨料微粒可用于微粒材料的共混物(诸如不同磨料颗粒的共混物)中，并且结合到固定磨料中或用作游离磨料。另选地，磨料微粒不需要进行共混，可直接用于一个或多个固定磨料应用或游离磨料应用中。
磨料微粒可包括主体，该主体可包括第一相和第二相，其中第二相包括掺杂剂或掺杂剂种类。根据一个实施例，第一相可包括氧化物诸如氧化铝，并且更具体地，α-氧化铝。在一种情况下，第一相可基本上由α-氧化铝组成。在某些情况下，可形成主体，使得其不大于低温氧化铝相的约1重量％。如本文所用，低温氧化铝相可包括过渡相氧化铝、矾土或水合氧化铝，包括例如三水铝石、勃姆石、水硬铝石以及包含此类化合物和矿物的混合物。某些低温氧化铝材料也可包括一定含量的氧化铁。此外，低温氧化铝相可包括其他矿物，诸如针铁矿、赤铁矿、高岭石和锐钛矿。在特定实例中，颗粒材料可基本上由作为第一相的α-氧化铝组成，并且可基本上不合低温氧化铝相。
此外，磨料微粒可形成为使得主体包含不大于约1重量％的杂质元素，其中杂质元素是那些非故意的种类。掺杂剂并非杂质。一些示例性杂质元素可包括过渡金属元素、碱土元素、碱元素或它们的任意组合。在一个特定实例中，主体可包括有限量的水，诸如在主体内的含量占主体的总重量的不大于约1重量％的水。此外，主体可基本上不含水。
在一个方面，磨料微粒可具有主体，该主体包括第一相，该第一相具有占第一相的总重量的至少约70重量％的氧化铝。对于其他实施例，主体可包含占第一相的总重量的至少约71重量％，诸如至少约75重量％、至少约77重量％、至少约80重量％、至少约83重量％、至少约85重量％、至少约88重量％、至少约90重量％、至少约93重量％、至少约95重量％的氧化铝，或甚至基本上由氧化铝组成。
此外，磨料微粒可具有主体，并且主体的占主体的总重量的至少60重量％为氧化铝。在其他情况下，主体中的氧化铝的量可更大，诸如至少70重量％、或至少75重量％、或至少80重量％、或至少约85重量％、或至少约90重量％。另外，主体可包含占主体的总重量的不大于约99重量％，诸如不大于98重量％、或不大于97重量％、或不大于96重量％、或不大于95重量％、或不大于94重量％、或不大于93重量％、或不大于92重量％、或不大于91重量％、或不大于90重量％的氧化铝。应当理解，主体内的氧化铝的总含量可在上文提到的任何最小百分比和最大百分比之间的范围内。
在又一实施例中，磨料微粒可包括具有离散晶粒的第一相(例如，氧化物材料)，该离散晶粒限定具有不大于500微米的平均晶粒尺寸(即，微晶尺寸)的微晶。另外，在其他情况下，第一相的平均晶粒尺寸可为不大于250微米，诸如不大于100微米、或不大于80微米、或不大于50微米、或不大于30微米、或不大于20微米、或不大于10微米、或不大于1微米、或不大于0.9微米、或不大于0.8微米、或不大于0.7微米、或不大于0.6微米。另外，在至少一个实施例中，第一相可具有至少约0.01微米或至少0.05微米的平均晶粒尺寸。应当理解，第一相的平均晶粒尺寸可在上文提到的任何最小值和最大值之间的范围内。
可使用扫描电子显微镜(SEM)显微照片基于未校正的拦截方法来测量平均晶粒尺寸(即，平均晶体尺寸)。磨料颗粒样品的制备方法是：在环氧树脂中制成胶木支架，然后使用Struers Tegramin 30抛光单元用金刚石抛光浆料抛光。抛光后，将环氧树脂在热板上加热，然后在低于烧结温度的150℃下对抛光表面进行5分钟的热蚀刻。将单个颗粒(5-10粒)安装在SEM支架上，然后镀金以准备SEM观察。在大约50,000X的放大倍数下拍摄三个单个的磨料颗粒的SEM显微照片，然后使用以下步骤来计算未校正的微晶尺寸：1)从晶体结构视图的一个拐角到另一个拐角绘制对角线，但不包括照片底部的黑色数据带；2)测量对角线的长度L1和L2，精确到0.1厘米；3)计算每条对角线相交的晶界数(即，晶界交点I1和I2)，并为每条对角线记录该数；4)通过测量每个显微照片或观察屏底部的微米条的长度(以厘米为单位)(即，″条长″)来确定计算出的条数，然后将条长(以微米为单位)除以条长(以厘米为单位)；5)将显微照片上绘制的对角线的总厘米数相加(L1+L2)，得出对角线长度的总和；6)将两条对角线的晶界交点数相加(I1+I2)，得到晶界交点的总和；7)将对角线长度的总和(L1+L2)(以厘米为单位)除以晶界交点数的总和(I1+I2)，然后将该数字乘以计算出的条数。对于三个不同的、随机选择的样品，在至少三个不同的时间完成该过程，以获得平均微晶尺寸。
如本文所提到的，主体可进一步包括主体内可包括掺杂剂的第二相。在一种情况系，主体可包括占主体的总重量的不大于50％的第二相。对于其他实施例，主体内的第二相的含量可更少，诸如占主体的总重量的不大于40重量％、或不大于30重量％、或不大于20重量％、或不大于10重量％、或不大于8重量％、或不大于6重量％、或不大于5重量％、或不大于4重量％、或不大于3重量％的掺杂剂。另外，主体内的第二相的含量可为占主体的总重量的至少0.5重量％，诸如至少1重量％、或至少2重量％、或至少3重量％。应当理解，主体内第二相的含量可在上文提到的任何最小百分比至最大百分比之间的范围内。
在一个实施例中，第二相可基本上由掺杂剂组成。在另一实施例中，第二相可包括化合物，该化合物包含掺杂剂及其他元素。在一种情况下，主体可包含占主体的总重量的不大于18重量％的掺杂剂。对于其他实施例，主体可包含更少的掺杂剂，诸如占主体的总重量的不大于16重量％、或不大于14重量％、或不大于12重量％、或不大于10重量％、或不大于8重量％、或不大于6重量％、或不大于5重量％、或不大于4重量％或不大于3重量％的掺杂剂。另外，主体内的掺杂剂的含量可为占主体的总重量的至少0.5重量％，诸如至少1重量％、或至少2重量％、或至少3重量％。应当理解，主体内的掺杂剂的含量可在上文提到的任何最小百分比和最大百分比之间的范围内。
在一些情况下，磨料微粒可包含选自由以下项组成的组的特定类型的掺杂剂：铪、锆、铌、钽、钼、钒、锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铬、钴、铁、锗、锰、镍、钛、锌、铈、钕、钆、铕、硅、磷或它们的任意组合。根据一个实施例，掺杂剂包含镁，并且可基本上由镁或氧化镁组成。如本文所用，掺杂剂可为镁的表述意指任何含有镁(包括但不限于元素镁)的化合物、盐或络合物。
掺杂剂可设置在微结构中的某些位置，这可促进磨料微粒的性能改进。例如，掺杂剂或含有掺杂剂的化合物(即，掺杂剂化合物)可主要位于第一相(例如，氧化物)的晶粒之间的晶粒边界处。
在某些情况下，磨料微粒可具有主体，该主体具有特定的孔隙率含量。例如，孔隙率可为占主体的总体积的不大于5体积％、或不大于4体积％、或不大于3体积％、或不大于2体积％、或不大于1体积％。另外，在某些情况下，磨料微粒是团聚体的一部分可能是合适的，并且应当理解，此类团聚体可具有更大的孔隙率含量。
磨料微粒或磨料微粒主体可具有各种形状和尺寸。例如，磨料微粒可具有随机成形磨料主体或成形磨料颗粒或半成形磨料颗粒。
图2包括根据一个实施例的磨料微粒作为成形磨料颗粒的透视图图示。成形磨料颗粒200可包括主体201，该主体包括主表面202、主表面203以及在主表面202和主表面203之间延伸的侧表面204。如图2所示，成形磨料颗粒200的主体201可为薄形主体，其中主表面202和主表面203大于侧表面204。此外，主体201可包括从点延伸到基部并且延伸穿过主表面202或203上的中点250的纵向轴线210。纵向轴线210可限定主体的沿着主表面并且穿过主表面202的中点250的最长尺寸。在某些颗粒中，如果主体的主表面的中点不容易看清，则可从上往下观察主表面，在主表面的二维形状周围绘制最近拟合圆，并使用圆的中心作为主表面的中点。
可通过包括模制、印刷、浇铸、挤出等的特定过程来形成成形磨料颗粒。成形磨料颗粒可形成为使得每个颗粒均具有相对于彼此基本上相同的表面和边缘布置。例如，一组成形磨料颗粒的表面和边缘通常具有彼此相同的布置和方向和/或二维形状。因此，成形磨料颗粒相对于彼此在表面和边缘的布置中具有相对高的形状保真度和一致性。此外，等高磨料颗粒(CHAP)也可通过特定过程来形成，这些过程便于形成薄形主体，当从上向下观察主表面时，这些薄形主体可具有不规则的二维形状。参看例如图4。CHAP可具有比成形磨料颗粒更小的形状保真度，但可具有由侧表面分开的大致平坦且平行的主平面。
相比之下，与成形磨料颗粒和CHAP相比，非成形颗粒(参见例如图5)可通过不同的过程形成并且具有不同的形状属性。例如，通常通过粉碎过程形成非成形颗粒，其中形成大量材料，然后破碎或爆裂，然后筛分以获得特定尺寸的磨料颗粒。然而，非成形颗粒将具有表面和边缘的一般随机布置，并且通常在表面和边缘布置中缺乏任何可识别的二维形状或三维形状。此外，非成形颗粒不必具有彼此一致的形状，因此与成形磨料颗粒或CHAP相比，其形状保真度低得多。非成形颗粒通常由每个颗粒相对于其他非成形颗粒的表面和边缘的随机布置来限定。
再次参考图2，主体201可进一步包括横向轴线211，该横向轴线限定在同一主表面202上大致垂直于纵向轴线210延伸的主体201的宽度。最后，如图所示，主体201可包括垂直轴线212，在薄形主体的上下文中可限定主体201的高度(或厚度)。对于薄形主体，纵向轴线210的长度大于垂直轴线212。如图所示，厚度212可沿侧表面204在主表面202和主表面203之间延伸，并且垂直于由纵向轴线210和横向轴线211限定的平面。应当理解，本文中提及的磨料颗粒的长度、宽度和高度可以指取自较大组的磨料颗粒的合适取样量的平均值，该组包括例如一组附连到固结磨料的磨料颗粒。
本文实施例的成形磨料颗粒，包括薄的成形磨料颗粒，可具有以长度∶宽度表示的主纵横比，使得长度可大于或等于宽度。此外，主体201的长度可大于或等于高度。最后，主体201的宽度可大于或等于高度。根据一个实施例，主纵横比(长度∶宽度)可为至少1∶1，诸如至少1.1∶1、至少1.2∶1、至少1.5∶1、至少1.8∶1、至少2∶1、至少3∶1、至少4∶1、至少5∶1、至少6∶1或甚至至少10∶1。在另一个非限制性实施例中，成形磨料颗粒的主体201可具有不大于100∶1、不大于50∶1、不大于10∶1、不大于6∶1、不大于5∶1、不大于4∶1、不大于3∶1、不大于2∶1或甚至不大于1∶1的主纵横比，该主纵横比以长度∶宽度表示。应当理解，主体201的主纵横比可在包括上文提到的任何最小比率至最大比率之间的范围内。
然而，在某些其他实施例中，宽度可大于长度。例如，在其中主体201为等边三角形的那些实施例中，宽度可大于长度。在此类实施例中，以长度∶宽度表示的主要纵横比可为至少1∶1.1、或至少1∶1.2、或至少1∶1.3、或至少1∶1.5、或至少1∶1.8、或至少1∶2、或至少1∶2.5、或至少1∶3、或至少1∶4、或至少1∶5、或至少1∶10。另外，在一个非限制性实施例中，主要纵横比长度∶宽度可不大于1∶100、或不大于1∶50、或不大于1∶25、或不大于1∶10、或不大于5∶1、或不大于3∶1。应当理解，主体201的主纵横比可在包括上文提到的任何最小比率至最大比率之间的范围内。
此外，主体201可具有以宽度∶高度表示的第二纵横比，该第二纵横比可为至少1∶1，诸如至少1.1∶1、至少1.2∶1、至少1.5∶1、至少1.8∶1、至少2∶1、至少3∶1、至少4∶1、至少5∶1、至少8∶1或甚至至少10∶1。另外，在另一个非限制性实施例中，主体201的第二纵横比(宽度∶高度)可不大于100∶1，诸如不大于50∶1、不大于10∶1、不大于8∶1、不大于6∶1、不大于5∶1、不大于4∶1、不大于3∶1或甚至不大于2∶1。应当理解，以宽度∶高度表示的第二纵横比可在包括上文的任何最小比率和最大比率的范围内。
在另一个实施例中，主体201可具有以长度∶高度表示的第三纵横比，该第三纵横比可为至少1.1∶1，诸如至少1.2∶1、至少1.5∶1、至少1.8∶1、至少2∶1、至少3∶1、至少4∶1、至少5∶1、至少8∶1或甚至至少10∶1。另外，在另一个非限制性实施例中，主体201的第三纵横比(长度∶高度)可不大于100∶1，诸如不大于50∶1、不大于10∶1、不大于8∶1、不大于6∶1、不大于5∶1、不大于4∶1、不大于3∶1。应当理解，主体201的第三纵横比可在包括上文的任何最小比率和最大比率的范围内。
本文的实施例的磨料微粒(包括成形磨料颗粒)可包括微晶材料，并且更具体地包括多晶材料。值得注意的是，多晶材料可包括磨粒。在一个实施例中，磨料颗粒的主体(例如包括成形磨料颗粒的主体)可基本上不合有机材料，诸如粘结剂。在至少一个实施例中，磨料颗粒可基本上由多晶材料组成。在另一个实施例中，诸如成形磨料颗粒的磨料颗粒可不含硅烷，并且具体地，可不具有硅烷涂层。
图2包括具有由上主表面202或主表面203的平面所限定的二维形状的成形磨料颗粒的图示，其具有大致三角形的二维形状。应当理解，本文实施例的成形磨料颗粒不受此限制，并且可包括其他二维形状。例如，本文实施例的成形磨料颗粒可包括具有主体的颗粒，该主体具有由主体的主表面所限定的二维形状，该二维形状选自由以下形状组成的组：多边形，规则多边形，不规则多边形，包括弧形或弯曲侧边或侧边部分的不规则多边形，椭圆形，数字，希腊字母字符，拉丁字母字符，俄罗斯字母字符，汉字字符，具有多边形形状组合的复杂形状，包括中心区域和从中心区域延伸的多条臂(例如，至少三条臂)的形状(例如，星形)，以及它们的组合。特定的多边形形状包括矩形、梯形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形以及它们的任意组合。在另一个实例中，最终形成的成形磨料颗粒可具有二维形状的主体，该二维形状为诸如不规则四边形、不规则矩形、不规则梯形、不规则五边形、不规则六边形、不规则七边形、不规则八边形、不规则九边形、不规则十边形以及它们的组合。不规则多边形形状是指定义多边形形状的至少一条侧边相对于另一条侧边在尺寸(例如，长度)上不同的多边形形状。如本文的其他实施例所示，某些成形磨料颗粒的二维形状可具有特定数量的外点或外角。例如，在由长度和宽度限定的平面中观察时，成形磨料颗粒的主体可具有二维多边形形状，其中主体包含二维形状，该二维形状具有至少4个外点(例如，四边形)、至少5个外点(例如，五边形)、至少6个外点(例如，六边形)、至少7个外点(例如，七边形)、至少8个外点(例如，八边形)、至少9个外点(例如，九边形)等。
图3包括根据另一个实施例的成形磨料颗粒的透视图图示。值得注意的是，成形磨料颗粒300可包括主体301，该主体包括表面302和表面303，其可以被称为端面302和端面303。主体301可进一步包括主表面304、305、306、307，这些主表面在端面302和303之间延伸并且耦接到这些端面。图3的成形磨料颗粒为细长的成形磨料颗粒，其具有纵向轴线310，该纵向轴线沿着主表面305延伸并且延伸穿过端面302和303之间的中点340。对于具有可识别二维形状的颗粒，诸如图2和图3的成形磨料颗粒，纵向轴线是容易理解的尺寸，其限定穿过主表面上的中点的主体的长度。例如，在图3中，如图所示，成形磨料颗粒300的纵向轴线310在端面302和303之间平行于限定主表面的边缘延伸。这样的纵向轴线与如何限定杆的长度一致。值得注意的是，纵向轴线310在连接端面302和303的拐角与限定主表面305的边缘之间不对角地延伸，即使这样的线可限定最大长度的尺寸。就主表面相对完美平坦表面具有起伏或微小缺陷来说，可使用忽略了起伏的顶视图二维图像来确定纵向轴线。
应当理解，选择表面305来表示纵向轴线310，因为主体301具有由端面302和端面303限定的大致正方形的横截面轮廓。因此，表面304、表面305、表面306和表面307相对于彼此可具有大致相同的尺寸。在其他细长磨料颗粒的上下文中，表面302和表面303可具有不同的形状(例如，矩形)，因此，表面304、表面305、表面306和表面307中的至少一个相对于彼此可以更大。在此类情况下，最大表面可限定主表面，并且纵向轴线将沿着其中的最大表面延伸穿过中点340并且可平行于限定主表面的边缘延伸。如图中进一步示出，主体301可包括在由表面305所限定的同一平面内垂直于纵向轴线310延伸的横向轴线311。如图中进一步示出，主体301可进一步包括限定磨料颗粒的高度的垂直轴线312，该垂直轴线312在垂直于由表面305的纵向轴线310和横向轴线311所限定的平面的方向上延伸。
应当理解，像图2的薄成形磨料颗粒一样，图3的细长成形磨料颗粒可具有二维形状，诸如相对于图10的成型磨料颗粒所限定的那些。主体301的二维形状可由端面302和端面303的周边的形状限定。细长成形磨料颗粒1100可具有本文实施例的成形磨料颗粒的任何属性。
图4包括根据一个实施例的高度受控的磨料颗粒(CHAP)的透视图图示。如图所示，CHAP 400可包括主体401，该主体包括第一主表面402、第二主表面403以及在第一主表面402和第二主表面403之间延伸的侧表面404。如图4所示，主体401具有薄的相对平面形状，其中第一主表面402和第二主表面403大于侧表面404，并且彼此基本上平行。此外，主体401可包括延伸穿过中点420并限定主体401的长度的纵向轴线410。主体401可进一步包括第一主表面402上的横向轴线411，该横向轴线垂直于纵向轴线410延伸穿过第一主表面402的中点420，并且限定主体401的宽度。
主体401可进一步包括垂直轴线412，该垂直轴线可限定主体401的高度(或厚度)。如图所示，垂直轴线412可在第一主表面402和第二主表面403之间沿着侧表面404在大体垂直于第一主表面上的轴线410和411所限定的平面的方向上延伸。对于薄形主体，诸如图4所示的CHAP，长度可等于或大于宽度，并且长度可大于高度。应当理解，本文中提及的磨料颗粒的长度、宽度和高度可以指取自一批磨料颗粒的合适的取样量的磨料颗粒的平均值。
与图2和图3的成形磨料颗粒不同，图4的CHAP基于第一主表面402或第二主表面403的周边不具有容易识别的二维形状。此类磨料颗粒可以多种方式形成，包括但不限于压裂材料的薄层以形成具有受控高度但具有不规则形成的平坦主表面的磨料颗粒。对于此类颗粒，纵向轴线限定为在主表面上延伸穿过表面上的中点的最长尺寸。就主表面具有起伏来说，可使用忽略了起伏的顶视图二维图像来确定纵向轴线。此外，如上面所提到的，可使用最近拟合圆来识别主表面的中点以及纵向轴线和横向轴线。
图5包括非成形颗粒的图示，该非成形颗粒可为细长的非成形磨料颗粒或二次颗粒，诸如稀释剂晶粒、填料、团聚体等。非成形颗粒550可具有主体551，该主体包括沿着主体551的外表面延伸的边缘555的大体随机布置。主体可进一步包括限定颗粒的最长尺寸的纵向轴线552。纵向轴线552限定以二维方式观察的主体的最长尺寸。因此，与其中纵向轴线是在主表面上测量的成形磨料颗粒和CHAP不同，非成形颗粒的纵向轴线是由主体上的彼此之间最远的点限定的，因为以使用了图像或有利位置的二维方式来观察颗粒，该图像或有利位置提供了颗粒的最长尺寸的视图。也就是说，细长颗粒，而不是非成形颗粒(诸如图5所示)，应该以透视图的方式来观察，这使得最长尺寸显而易见，以正确地评估纵向轴线。主体551可进一步包括横向轴线553，该横向轴线垂直于纵向轴线552延伸并且限定颗粒的宽度。横向轴线553可在用于识别纵向轴线552的同一平面中垂直于纵向轴线552延伸穿过纵向轴线的中点556。磨料颗粒可具有如由垂直轴线554所限定的高度(或厚度)。垂直轴线554可延伸穿过中点556，但在垂直于用于限定纵向轴线552和横向轴线553的平面的方向上延伸。为了评估高度，可能必须改变磨料颗粒的视角，以从不同于评估长度和宽度的有利角度观察磨料颗粒。
应当理解，磨料颗粒可具有由纵向轴线552限定的长度、由横向轴线553限定的宽度以及由垂直轴线554限定的高度。应当理解，主体551可具有以长度∶宽度表示的主纵横比，使得长度等于或大于宽度。此外，主体551的长度可大于或等于高度。最后，主体551的宽度可大于或等于高度554。根据一个实施例，主纵横比(长度∶宽度)可为至少1.1∶1、至少1.2∶1、至少1.5∶1、至少1.8∶1、至少2∶1、至少3∶1、至少4∶1、至少5∶1、至少6∶1或甚至至少10∶1。在另一个非限制性实施例中，细长成形磨料颗粒的主体551可具有不大于100∶1、不大于50∶1、不大于10∶1、不大于6∶1、不大于5∶1、不大于4∶1、不大于3∶1或甚至不大于2∶1的主纵横比，该主纵横比以长度∶宽度表示。应当理解，主体551的主纵横比可在包括上文提到的任何最小比率至最大比率之间的范围内。
此外，主体551可包括以宽度∶高度表示的第二纵横比，该第二纵横比可为至少1.1∶1，诸如至少1.2∶1、至少1.5∶1、至少1.8∶1、至少2∶1、至少3∶1、至少4∶1、至少5∶1、至少8∶1或甚至至少10∶1。另外，在另一个非限制性实施例中，主体551的第二纵横比(宽度∶高度)可不大于100∶1，诸如不大于50∶1、不大于10∶1、不大于8∶1、不大于6∶1、不大于5∶1、不大于4∶1、不大于3∶1或甚至不大于2∶1。应当理解，以宽度∶高度表示的第二纵横比可在包括上文提到的任何最小比率至最大比率之间的范围内。
在另一个实施例中，主体551可具有以长度∶高度表示的第三纵横比，该第三纵横比可为至少1.1∶1，诸如至少1.2∶1、至少1.5∶1、至少1.8∶1、至少2∶1、至少3∶1、至少4∶1、至少5∶1、至少8∶1或甚至至少10∶1。另外，在另一个非限制性实施例中，主体551的第三纵横比(长度∶高度)可不大于100∶1，诸如不大于50∶1、不大于10∶1、不大于8∶1、不大于6∶1、不大于5∶1、不大于4∶1、不大于3∶1。应当理解，主体551的第三纵横比可在包括上文提到的任何最小比率和最大比率之间的范围内。
非成形磨料颗粒550可具有本文的实施例中所述的磨料颗粒的任何属性，包括例如但不限于组成、微结构特征(例如，平均晶粒尺寸)、硬度、孔隙率等。
通过经验手段评估发现，某些非成形磨料颗粒的主体可能彼此不同。例如，在比较通过两种粉碎技术产生的形状的相对锐度以产生非成形磨料颗粒时，注意到通过爆裂性粉碎手段形成的磨料颗粒与通过其他常规粉碎手段形成的磨料颗粒相比可能具有更尖锐的形状。例如，主体可具有不大于115微米，诸如不大于110微米、或不大于105微米、或不大于100微米、或不大于95微米的平均曲率半径(与锐度成反比)。本文实施例中的磨料微粒可为爆裂的非成形磨料颗粒。
采用曲率半径法评估磨料颗粒的平均锐度。测量晶粒突起的曲率半径，其与锐度成反比。根据晶粒的骨架化图像估计给定晶粒的曲率半径，该骨架化图像是晶粒整体形状的1-像素宽表示。存在许多不同的骨架化算法，它们之间存在细微的差异，本文中用于计算曲率半径的骨架是使用python(3.6.3版)编程语言中skimage库(0.13.1版)中的″骨架化″函数来计算的。骨架的端点对应于整体形状中的突起，并且可被识别为磨粒中的切割点。骨架的这些端点由以像素为中心的3x3框内具有1个相邻像素的连通性值的像素定义。骨架中并非端点的其他像素必须大于一个相邻像素。从骨架化图像的端点出发，可绘制出与原始物体边界相切的圆，并且可计算出它们的半径。参看例如图11。如果物体存在尖锐的部分，则圆将非常接近形状的边界，并且计算出的半径将很小。相反，如果存在钝化的特征，与边界相切的圆会大得多。对于给定的分支点，曲率半径是使用一个函数来计算的，该函数使用以下公式计算从1个像素到原始形状边界中任何(x，y)值对的最小几何距离：
Figure BDA0002940959460000211
其中，″i″是边界像素(x，y)对的索引，并且(X，Y)是分支端点。可对给定晶粒的所有曲率半径求平均以获得晶粒平均曲率半径，并且可对晶粒平均曲率半径求平均以获得批平均曲率半径。
多个磨料颗粒可具有特定的特定长度，其中特定长度被测量为Feret最大长度的平方(Feret Max2)除以颗粒的面积。在距离测量的基础上确定最大ferret长度，其中被测颗粒的相对侧之间的两条直线(如滑动卡尺)定位在32个角位置。通过这些测量确定的最大值为最大Feret。使用相机上的合适成像软件，如蔡司图像分析软件(Zen Pro)，对至少400个颗粒进行了测量。特定长度的计算可具有某个分布。在本文，特定长度与特定长度的第50百分位或中位数相关。根据一个实施例，本文的实施例的磨料颗粒可具有至少1.8，诸如至少1.9、或至少2.0、或至少2.1、或至少2.2、或至少2.3、或至少2.4、或至少2.5、或至少2.6、或至少2.7、或至少2.8、或至少2.9、或至少3.0的特定长度。另外，在一个非限制性实施例中，特定长度可为不大于4.0、或不大于3.9、或不大于3.8、或不大于3.7、或不大于3.6、或不大于3.5、或不大于3.4、或不大于3.3、或不大于3.2、或不大于3.1、或不大于3.0、或不大于2.9、或不大于2.8、或不大于2.7、或不大于2.6、或不大于2.5、或不大于2.4、或不大于2.3、或不大于2.2、或不大于2.1、或不大于2.0。应当理解，特定长度可在包括上文提到的任何最小值和最大值之间的范围内。
图6A包括磨料微粒(该磨料微粒具有主体601，该主体包括外表面650)的横截面图图示和掺杂剂610在整个主体体积内的非均匀分布。磨料微粒可通过本文实施例的过程形成，并且可包括富集区域603，该富集区域邻接外表面650并且限定与主体601内的其他区域相比掺杂剂610含量显著更大的区域。主体601可进一步包括在主体的中心区域中与外表面650间隔开的掺杂区域604。中心区域围绕主体601的体积的中心点606。如图6A的实施例中所示，富集区域603可限定主体的包括外表面的一部分，并且延伸到主体601中达较小的深度。进一步进入主体601中超出富集区域603的部分，掺杂剂的含量显著减少，并且可在富集区域603和掺杂区域604之间限定耗尽区域605。与富集区域603和/或掺杂区域604中掺杂剂含量的变化相比，掺杂剂含量的变化在耗尽区域605中最严重。
图6B包括基于最大强度归一化相对于穿透深度的掺杂剂浓度一般性曲线图。值得注意的是，图6B的曲线图示出了针对进入主体的给定穿透深度的掺杂剂的含量。下面更详细地提供了用于创建此类曲线图并评估本文描述的特征的方法。如以上曲线图所示，磨料微粒的外表面650由y轴限定，并且远离外表面650的深度被定义为穿透深度，以纳米为单位。曲线601为一般曲线，通常表现出对于常规浸渍的颗粒，掺杂剂含量随进入磨料微粒主体的穿透深度的变化。曲线602和603示出了通过使用本公开的富集过程形成的磨料微粒的各种可能实施例和掺杂剂含量的变化。
更具体地，曲线602包括富集区域610、掺杂区域612和介于富集区域610和掺杂区域612之间的耗尽区域611。富集区域610可在主体的外表面650和曲线上限定掺杂剂的最大含量(即，Cmax)的点之间延伸。耗尽区域611在曲线上限定掺杂剂的最大含量(Cmax)和掺杂剂的最低含量的点之间延伸，或者在其中掺杂剂含量的下降随着曲线的前半部分的进一步穿透深度(即，Cmin)而改变为更低的下降量(％/nm)的点之间延伸。掺杂区域612是曲线的延伸到主体中超过Cmin的部分。掺杂区域612通过耗尽区域611与富集区域610间隔开。掺杂区域612的特征可在于掺杂剂含量随穿透深度变化的一般小变化，使得掺杂区域612的特征在于基本上恒定的掺杂剂含量。在特定情况下，基本上恒定的掺杂剂含量的特征在于掺杂剂含量在大部分测量区域上的变化不大于约20％或不大于15％或不大于10％。
曲线603还限定了富集区域621、耗尽区域622和掺杂区域623。值得注意的是，与富集区域610相比，富集区域621延伸到主体内的距离更小。耗尽区域622的特征还在于，与耗尽区域611相比，在较短的深度距离上掺杂剂含量的减少更大。
曲线601旨在代表基于经验研究的常规浸渍的主体的一般曲线。掺杂剂的最大含量在表面(Y＝0)处。区域631表现出掺杂剂含量逐渐降低到Cmin。曲线601的区域632表现出随着穿透深度的变化，掺杂剂的含量相对稳定。
通过获得最终形成的磨料颗粒的样品并以适合于经由飞行时间二次离子质谱分析法(即TOF-SIMS)进行分析的方式制备它们来开始创建此类曲线图的过程。使用适当数量的随机选择的磨料颗粒来创建一个或多个样品。在25keV和大约2.5pA的电流以及50x50μm2(即，128x128个像素)的分析面积下，使用Bi1 +的初级离子，根据条件，经由TOF-SIMS来分析该一个或多个样品。该分析还使用正二次离子和小于20eV的电荷补偿。溅射条件包括2keV和610nA的初级离子O2 +，溅射面积为200x200μm2。分析周期是从0到210uma(最大飞行时间＝50μs)进行1次扫描，侵蚀50帧，暂停0.5秒。根据这一分析，得到了恒定参考强度归一化相对于穿透深度(nm)的数据。通过对同一曲线图上的曲线进行归一化并将曲线上的每个点除以最高参考强度归一化值，将多条曲线一起分析，使得每个曲线图在100％处具有最大值。这创建了最大强度归一化对穿透深度的曲线图，该曲线图可用于评估本文实施例中描述的特征。最佳拟合线也可应用于曲线，其可有助于如本文详细描述的识别磨料颗粒中的不同区域。
在一个实施例中，本文实施例的磨料微粒可具有至少35％的特定最大归一化掺杂剂含量差(ΔC＝Cmax-Cmin)。最大归一化掺杂剂含量差是最大归一化掺杂剂含量值(即，Cmax为100％)减去最大强度归一化曲线与穿透深度的前半部分上的最低掺杂剂含量值(即，Cmin)之间的差值。如图6B所示，Cmin对应于耗尽区域结束而掺杂区域开始的点。在特定实施例中，掺杂剂浓度可随掺杂区域中穿透深度的增加而进一步减少，然而，对于ΔC的计算，使用从耗尽区域到掺杂区域的变化，而不是掺杂区域中的最低值。在一个实施例中，最大归一化掺杂剂含量差可为至少36％、或至少37％、或至少38％、或至少40％、或至少42％、或至少44％、或至少46％、或至少48％、或至少50％、或至少52％、或至少54％、或至少56％、或至少58％、或至少60％、或至少62％、或至少64％、或至少66％、或至少68％、或至少70％。另外，在另一个非限制性实施例中，最大归一化掺杂剂含量差可为不大于99％，诸如不大于95％、或不大于90％、或不大于85％、或不大于80％、或不大于75％、或不大于70％、或不大于65％、或不大于60％。应当理解，最大归一化掺杂剂含量差可在包括上文提到的任何最小百分比和最大百分比之间的范围内。与常规浸渍的微粒相比，磨料微粒可具有更大的最大归一化掺杂剂含量差。
在另一实施例中，耗尽区域611或622可限定掺杂剂的归一化含量显著减少的区域，诸如大于0.04％/nm。归一化掺杂剂含量的变化被计算为ΔDr＝(Δc/d)，其中″ΔC″＝(Cmax-Cmin)，并且″d″是通过深度(nm)测量的Cmax和Cmin之间的距离。在其他情况下，掺杂剂的归一化含量的减少可为至少0.04％/nm，诸如至少0.05％/nm、或至少0.06％/nm、或至少0.08％/nm、或至少0.10％％/nm、或至少0.20％/nm、或至少0.22％/nm、或至少0.23％/nm、或至少0.25％/nm、或至少0.26％/nm、或至少0.27％/nm、或至少0.28％/nm、或至少0.29％/nm、或至少0.30％/nm。减少量表示为正数，因为它被称为减少量。如果一是指变化，则将上述值设置为负以表示减少是合适的。在另一非限制性实施例中，掺杂剂的归一化含量的减少可为小于0.5％/nm，诸如不大于0.48％/nm、或不大于0.45％/nm、或不大于0.43％/nm、或不大于0.40％/nm、或不大于0.35％/nm。应当理解，耗尽区域中的掺杂剂的归一化含量的减少可在包括上文提到的任何最小值和最大值的范围内。本文提供的关于归一化掺杂剂含量和/或归一化掺杂剂含量变化的任何值可以是基于一批磨料微粒的适当数量的样品的平均值。
掺杂区域612或623的特征可在于基本上恒定的掺杂剂含量，并且因此具有如通过ΔDd＝((Cmax(1)-Cmin)/d)所计算的归一化掺杂剂含量的特别低的变化，其中″Cmax(1)″是掺杂区域612或623中的局部最大值，″Cmin″是曲线上限定掺杂区域612或623的起始点的最小掺杂剂含量，并且″d″是通过深度(nm)所测量的Cmax(1)和Cmin之间的距离。在一个实施例中，掺杂剂的归一化含量的变化(增加或减少)可为不大于0.04％/nm、或不大于0.03％/nm、或不大于0.02％/nm、或不大于0.01％/nm。另外，在另一个非限制性实施例中，掺杂剂的归一化含量的变化可为至少0.001％、或至少0.005％、或至少0.008％、或至少0.01％。应当理解，掺杂区域612或623中的掺杂剂的归一化含量的变化可在包括上文提到的任何最小值和最大值的范围内。以上数值为绝对值，无正负号。掺杂区域612或623中的归一化掺杂剂含量的变化可以增加或减少，但百分比变化被记录为绝对值。
富集区域610或621的特征可在于基本上恒定的掺杂剂含量，并且因此具有如通过ΔDe＝((Cmax-Cmin(1))/d)所计算的归一化掺杂剂含量的特别低的变化，其中″Cmax″是曲线上限定富集区域610或621的结束点的最大掺杂剂含量，″Cmin(1)″是外表面650和Cmax之间的局部最小值，并且″d″是由深度(nm)所测量的Cmax和Cmin(1)之间的距离。在一个实施例中，掺杂剂的归一化含量的变化(增加或减少)可为不大于0.04％/nm、或不大于0.03％/nm、或不大于0.02％/nm、或不大于0.01％/nm。另外，在另一个非限制性实施例中，掺杂剂的归一化含量的变化可为至少0.001％、或至少0.005％、或至少0.007％。应当理解，富集区域610或621中的掺杂剂的归一化含量的变化可在包括上文提到的任何最小值和最大值的范围内。以上数值为绝对值，无正负号。富集区域610或621中的归一化掺杂剂含量的变化可增加或减少，但百分比变化被记录为绝对值。
根据另一实施例，耗尽区域611或622的特征可在于掺杂剂含量的最大归一化变化大于富集区域610或621中的掺杂剂含量的最大归一化变化。例如，耗尽区域611或622中的掺杂剂含量的最大归一化变化(其由(ΔC＝Cmax-Cmin)表示)可比富集区域610或621中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少2倍，诸如比富集区域610或621中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少3倍或大至少4倍或大至少5倍。富集区域610或621中的掺杂剂含量的最大归一化变化被测量为外表面650和Cmax之间的Cmax和最低局部最小值之间的差。
根据另一实施例，耗尽区域611或622的特征在于掺杂剂含量的最大归一化变化大于掺杂区域612或623中的掺杂剂含量的最大归一化变化。例如，耗尽区域611或622中的掺杂剂含量的最大归一化变化(其由(ΔC＝Cmax-Cmin)表示)可比掺杂区域612或623中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少2倍，诸如比掺杂区域612或623中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少3倍或大至少4倍或大至少5倍。掺杂区域612或623中掺杂剂含量的最大归一化变化可测量为掺杂区域612或623中的最大局部最大值与Cmin之间的差。
在另一实施例中，曲线602上的耗尽区域614可比主体中心区域中的中心点651更接近主体的外表面601。在特定情况下，耗尽区域的起始点(其可由Cmax表征)可比主体的中心点651更接近主体的外表面650。在再一个实施例中，耗尽区域610或621的结束点(其可由Cmin表征)可比主体的中心点651更接近主体的外表面650。
富集区域610或621可延伸到主体中达不大于3000nm，诸如不大于2800nm、或不大于2500nm、或不大于2300nm、或不大于2000nm、或不大于1800，nm、或不大于1600nm、或不大于1400nm、或不大于1200nm、或不大于1000nm、或不大于900nm、或不大于800nm、或不大于700nm、或不大于600nm、或不大于500nm、或不大于400nm、或不大于350nm、或不大于300nm、或不大于250nm、或不大于200nm、或不大于150nm、或不大于100nm的平均深度。另外，在至少一个非限制性实施例中，富集区域610或621可从主体的外部表面650延伸到主体中达至少1nm，诸如延伸至主体中达至少5nm或甚至至少10nm。
最大掺杂剂量(Cmax)区域的点限定了在富集区域610或621和耗尽区域611和622的边界处，耗尽区域611或622的开始。限定主体中的掺杂剂的最小含量(Cmin)的点可在掺杂区域612或623内并且限定耗尽区域611和622与掺杂区域612或623之间的边界。根据一个实施例，掺杂区域612或623可在主体中延伸比富集区域610或621的距离更大的距离(由穿透深度所测量)。在另一实施例中，掺杂区域612或623可延伸到主体中比耗尽区域611和621更大的距离。在再一个实施例中，耗尽区域611或621可延伸到主体中与掺杂区域612和623相比更大的距离。在又一替代实施例中，富集区域610或621可延伸到主体中比耗尽区域611和622更大的距离。
更具体而言，掺杂区域612或623可延伸至少1000nm的长度，如由穿透深度(nm)所测量。例如，掺杂区域612或623的长度可为至少1200nm、或至少1500nm或至少2000nm。然而，在另一实施例中，掺杂区域可不延伸主体的整个长度。
磨料微粒可结合到各种类型的磨料制品中，包括诸如带涂层磨料、粘结磨料、非织造磨料等的固定磨料制品。固定磨料制品可包括多个磨料颗粒。在某些情况下，多个磨料颗粒中的所有磨料颗粒均可为本文实施例中的磨料微粒。在其他实施例中，固定磨料可包括磨料颗粒的共混物，使得该共混物包括：第一类型，该第一类型包括多个磨料微粒；和第二类型的磨料，该第二类型的磨料与第一类型的不同之处在于选自由以下项组成的组的至少一个磨料特性：平均粒度、二维形状、三维形状、组合物、硬度、韧性、易碎性、密度、晶粒尺寸、团聚状态或它们的任意组合。
磨料颗粒的共混物可包括特定含量的多个磨料微粒，其可促进磨料制品的性能改进。例如，磨料颗粒的共混物可包含至少10％的磨料微粒，诸如至少15％、或至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、至少80％、或甚至至少90％的磨料微粒。另外，在另一个非限制性实施例中，共混物中的磨料微粒的百分比可为不大于99％，诸如不大于95％、或不大于90％、或不大于80％、或不大于70％、或不大于60％、或不大于50％、或不大于40％、或不大于30％、或不大于20％、或不大于15％。应当理解，共混物中的磨料微粒的含量可在包括上文提到的任何最小百分比至最大百分比之间的范围内。
图7包括根据一个实施例的结合有磨料微粒的带涂层磨料制品的横截面图示。如图所示，带涂层磨料700可包括基底701和覆盖基底701的表面的底胶层703。带涂层磨料700可包括磨料颗粒的共混物，所述磨料颗粒包括第一类型的磨料微粒705和第二类型的磨料微粒706。第一类型的磨料微粒705可为本文实施例的磨料微粒，并且可为成形磨料颗粒。第二类型的磨料微粒706可为本文实施例的磨料微粒，并且可包括非成形磨料颗粒。带涂层磨料700还可包括第三类型的微粒材料707，其可为二次颗粒，诸如稀释剂颗粒、填料等。带涂层磨料700可进一步包括复胶层704，该复胶层覆盖并粘结至微粒材料705、706、707，以及底胶层703。
根据一个实施例，基底701可包括有机材料、无机材料以及它们的组合。在某些实例中，基底701可包括织造材料。但是，基底701可由非织造材料制成。特别合适的基底材料可包括有机材料，其中包括聚合物，尤其是聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚酰亚胺诸如DuPont的KAPTON、纸或它们的任意组合。一些合适的无机材料可包括金属、金属合金，尤其是铜、铝、钢及其组合的箔。
底胶层703可在单个过程中施加至基底701的表面，或另选地，微粒705、706、707可与底胶层703材料结合并且底胶层703和微粒705-707的组合可作为混合物施加至基底701的表面。在某些情况下，通过将施加底胶层703的过程与微粒705-707沉积在底胶层703中的过程分开，可更好地适合微粒705-707在底胶层中的受控沉积或放置。另外，可以设想的是，可将此类过程结合。合适的底胶层703材料可包括有机材料，特别是聚合物材料，其包括例如，聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、硅树脂、醋酸纤维素、硝酸纤维素、天然橡胶、淀粉、虫胶以及它们的混合物。在一个实施例中，底胶层703可包括聚酯树脂。然后可加热带涂层的基底，以将树脂和磨料微粒材料固化到基底上。通常，在此固化过程中，可将带涂层基底701加热到约100℃至小于约250℃的温度。
微粒705-707可包括根据本文实施例所述的不同类型的磨料颗粒。不同类型的磨料颗粒可包括不同类型的成形磨料颗粒、CHAP、非成形磨料颗粒、二次颗粒、填料或它们的任意组合。不同类型的颗粒在组合物、二维形状、三维形状、晶粒尺寸、平均粒度、硬度、脆性、团聚或它们的任意组合方面可彼此不同。如图所示，带涂层磨料700可包括具有大体金字塔形的第一类型的磨料微粒705和具有大体三角形二维形状的第二类型的磨料微粒706。带涂层磨料700可包括不同量的第一类型的磨料微粒705和第二类型的磨料微粒706。应当理解，带涂层磨料可不必包括不同类型的成形磨料颗粒，而是可基本上由单一类型的成形磨料颗粒组成。可以理解，本文的实施例的成形磨料颗粒可结合到各种固定磨料中(例如，粘结磨料、带涂层磨料、非织造磨料、薄轮、切割轮、增强磨料制品等)，包括共混物的形式，其可包括不同类型的成形磨料颗粒、二次颗粒等。
在充分形成其中包含微粒705-707的底胶层703之后，可形成复胶层704以覆盖磨料微粒材料705并将其粘结到适当位置。复胶层704可包括有机材料，可基本上由聚合物材料制成，并且值得注意的是，可使用聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚硅氧烷、硅树脂、醋酸纤维素、硝酸纤维素、天然橡胶、淀粉、虫胶以及它们的混合物。
图8包括根据一个实施例的固定磨料制品的透视图图示。如图所示，固定磨料制品800可具有大致圆柱形的主体801，该主体包括上表面802、下表面804和在上表面802和下表面804之间延伸的侧表面803。应当理解，图8的固定磨料制品为非限制性实例，并且可利用主体的其他形状，包括但不限于锥形、杯形、凹陷中心轮(例如，T42)等。最后，如进一步示出的，主体801可包括中心开口885，该中心开口可被配置为接受用于将主体101安装在机器上的杆或轴，该机器配置成旋转主体101并促进材料去除操作。
固定磨料制品800可具有包括磨料颗粒的主体801，所述磨料颗粒包括例如包含在主体801的体积内的磨料颗粒组805和806。磨料颗粒组805和806可由粘结材料807包含在主体801的三维体积内，该粘结材料可延伸至主体801的整个三维体积。根据一个实施例，粘结材料807可包括诸如玻璃、多晶、单晶、有机(例如，树脂)、金属、金属合金及其组合的材料。
在特定实施例中，磨料颗粒组805和806可被封装在粘结材料807内。如本文所用，″封装″是指其中至少一个磨料颗粒被均匀或大致均匀的粘结材料组合物完全包围的状态。在一个实施例中，封装在粘结材料内的磨料颗粒可被均匀组合物完全包围。更具体地，封装的磨料颗粒可被基本上不合与例如分层相关联的可辨别层的组合物完全包围。在特定实施例中，大部分磨料颗粒可封装在粘结材料807内。在更特定实施例中，大部分磨料颗粒可封装在粘结材料807内。
磨料颗粒组805和806中的至少一个可包括本文实施例的磨料微粒。固定磨料制品800可包括各种类型的微粒的组合或共混，该各种类型的微粒包括一种或多种类型的磨料颗粒，诸如初次类型的磨料颗粒和二次类型的磨料颗粒。初次类型和二次类型可指固定磨料制品的主体内的磨料颗粒的含量，其中初次类型磨料颗粒的含量高于二次类型磨料颗粒的含量。在其他情况下，初次类型的磨料颗粒和二次类型的磨料颗粒之间的区别可基于磨料颗粒在主体内的位置，其中初次磨料颗粒可定位成进行材料去除的初始阶段或与二次磨料颗粒相比进行大部分材料去除。在再其他情况下，初次磨料颗粒和二次磨料颗粒之间的区别可涉及磨料颗粒的磨料性质(例如，硬度、易碎性、断裂力学等)，其中初次磨料颗粒的初次性质通常比二次类型的磨料颗粒更坚固。可被视为二次类型的磨料颗粒的磨料颗粒的一些合适实例包括稀释剂颗粒、团聚颗粒、未团聚颗粒、天然存在的材料(例如，矿物)、合成材料以及它们的组合。
在某些情况下，固定磨料制品800可在主体801内包括特定含量的磨料颗粒，其可促进适当的材料去除操作。例如，主体801可包含占主体801的总体积的至少0.5体积％且不大于60体积％，诸如至少1体积％且不大于45体积％、或甚至在至少5体积％且不大于40体积％的磨料颗粒含量。
此外，固定磨料制品800的主体801可包含特定含量的粘结材料807，其可促进固定磨料制品800的适当操作。例如，主体801可包含在包括至少0.5体积％且不大于80体积％的范围内，诸如在至少0.5体积％且不大于50体积％的范围内，或甚至在至少1体积％至不大于40体积％的范围内的粘结材料807含量。
在某些情况下，固定磨料制品可具有包含某一孔隙率含量的主体801。孔隙率可延伸穿过主体101的整个体积的至少一部分，并且在某些情况下，可基本上均匀地延伸穿过主体801的整个体积。例如，孔隙率可包括闭合孔隙率或开放孔隙率。闭合孔隙率可为由粘结材料和/或磨料颗粒彼此隔离的离散孔隙的形式。这种闭合孔隙率可由造孔剂形成。在其他情况下，孔隙率可为开放孔隙率，其限定了延伸穿过主体801的三维体积的至少一部分的通道的互连网络。应当理解，主体801可包括闭合孔隙率和开放孔隙率的组合。
根据一个实施例，固定磨料制品可具有主体801，该主体包括特定含量的孔隙率，其可促进适当的材料去除操作。例如，主体801可具有在包括至少0.5体积％且不大于80体积％，诸如至少1体积％且不大于70体积％，或甚至至少5体积％且不大于50体积％的范围内的孔隙率。
根据另一实施例，应当理解，固定磨料制品800可包括主体801，该主体包含可促进特定研磨操作的特定添加剂。例如，主体801可包含多种添加剂，诸如填料、助磨剂、孔诱导剂、中空材料、催化剂、偶联剂、固化剂、抗静电剂、悬浮剂、抗负载剂、润滑剂、润湿剂、染料、填料、粘度改进剂、分散剂、消泡剂和它们的组合。
主体801可具有直径883，其可根据期望的材料去除操作而变化。直径可指主体的最大直径，特别是在主体801具有圆锥形或杯形轮廓的情况下。此外，主体801可具有沿着轴向轴线880，在上表面802和下表面804之间沿着侧表面803延伸的特定厚度881。主体801可具有适合预期应用的厚度。根据一个实施例，主体101可在直径883和厚度881之间具有特定的关系，限定可适用于某些材料去除操作的直径∶厚度比。例如，主体101可具有至少10∶1，诸如至少15∶1、至少20∶1、至少50∶1、或甚至100∶1的直径∶厚度比。应当理解，主体可具有不大于10,000∶1、或不大于1000∶1的直径∶厚度比。
固定磨料制品800可包括一个或多个任选的加强构件841。在特定情况下，加强材料841可延伸达主体801的整个宽度(例如，直径883)的大部分。然而，在其他情况下，加强构件841可仅延伸达主体101的整个宽度(例如，直径183)的一小部分。根据一个实施例，加强构件841可包含某种材料，诸如织造材料、非织造材料、复合材料、层压材料、整体材料、天然材料、合成材料和它们的组合。更具体地，在某些情况下，加强材料841可包括某种材料，诸如单晶材料、多晶材料、玻璃材料、非晶形材料、玻璃(例如，玻璃纤维)、陶瓷、金属、有机材料、无机材料和它们的组合。在特定情况下，加强材料841可包括玻璃纤维，并且可基本上由玻璃纤维形成。
如进一步示出的，主体801可包括限定主体801的三维体积的某些轴线和平面。例如，主体801可包括轴向轴线880。如沿着轴向轴线880进一步示出的，主体801可包括第一轴向平面831，该第一轴向平面沿着轴向轴线880延伸并以特定角取向(在本文指定为0°)延伸穿过主体801的特定直径。主体801可进一步包括与第一轴向平面831不同的第二轴向平面832。第二轴向平面832可沿着轴向轴线880延伸并在角位置穿过主体801的直径，如本文中示例性地指定为30°。主体801的第一轴向平面831和第二轴向平面832可限定主体801内的磨料颗粒的特定轴向集合，包括例如轴向平面831内的磨料颗粒891的轴向集合和轴向平面832内的磨料颗粒892的轴向集合。此外，主体101的轴向平面可在它们之间限定扇区，包括例如被定义为主体801内的轴向平面831和832之间的区域的扇区884。扇区可包括可特定的磨料颗粒组，其促进材料去除操作的改进。本文中对主体内的磨料颗粒部分的特征的引用，包括例如轴向平面内的磨料颗粒，也将与主体的一个或多个扇区内包含的磨料颗粒组有关。
如进一步示出的，主体101可包括第一径向平面821，该第一径向平面在沿着轴向轴线880的特定轴向位置处，沿着基本上平行于上表面802和/或底表面804的平面延伸。主体可进一步包括第二径向平面822，该第二径向平面可在沿着轴向轴线880的特定轴向位置处，以基本平行的方式延伸至上表面802和/或底表面804。第一径向平面821和第二径向平面822可在主体801内彼此分离，并且更具体地，第一径向平面821和第二径向平面822可彼此轴向分离。第一径向平面821和第二径向平面822可包括一个或多个特定磨料颗粒组，包括例如第一径向平面821的磨料颗粒组806和第二径向平面822的磨料颗粒组805，它们彼此之间可能具有某些特征，这些特征可促进研磨性能的改进。包含在主体801中的磨料颗粒可在磨料制品的体积内具有受控的放置和/或取向。
图9包括根据一个实施例的带涂层磨料的一部分的顶视图。带涂层磨料900可包括多个区域，诸如第一区域910、第二区域920、第三区域930和第四区域940。区域910、920、930和940中的每一个均可由通道区域950分开，其中通道区域950限定背衬的不合颗粒的区域。通道区域950可具有任何尺寸和形状，并且对于去除切屑和改善研磨操作可能特别有用。通道区域950的长度(即，最长尺寸)和宽度(即，垂直于长度的最短尺寸)可大于区域910、920、930和940中的任一个区域中的紧邻的磨料颗粒之间的平均间距。对于本文的实施例中的任何一个，通道区域950为可选的特征。
如进一步示出，第一区域910可包括一组磨料微粒911，该组磨料微粒可为成形磨料颗粒，其可相对于彼此具有大体随机旋转取向。该组磨料微粒911可相对于彼此以随机分布布置，使得关于磨料微粒911的放置没有可辨别的短程或长程有序。值得注意的是，该组磨料微粒911可基本上均匀地分布在第一区域910内，从而限制了团块(两个或更多个彼此接触的颗粒)的形成。应当理解，可基于带涂层磨料的预期应用来控制第一区域910中的该组磨料微粒911的粒重。
第二区域920可包括一组磨料微粒921，该组磨料微粒可包括相对于彼此以受控分布布置的成形磨料颗粒。此外，该组磨料微粒921可具有相对于彼此规则的和受控的旋转取向。如图所示，该组磨料微粒921可具有与如由带涂层磨料901的背衬上的相同旋转角所限定的大体相同的旋转取向。该组磨料微粒921可基本上均匀地分布在第二区域920内，从而限制了团块(两个或更多个彼此接触的颗粒)的形成。应当理解，可基于带涂层磨料的预期应用来控制第二区域920中的该组磨料微粒921的粒重。
第三区域930可包括多组磨料微粒，该多组磨料微粒可包括成形磨料颗粒921和二次颗粒932。该组成形磨料颗粒931和二次颗粒932可相对于彼此以受控分布布置。此外，该组成形磨料颗粒931可具有相对于彼此规则的和受控的旋转取向。如图所示，该组成形磨料颗粒931在带涂层磨料901的背衬上一般可具有两种类型的旋转取向中的一种。值得注意的是，该组成形磨料颗粒931和二次颗粒932可在第三区域930内基本上均匀地分布，从而限制了团块(两个或更多个彼此接触的颗粒)的形成。应当理解，可基于带涂层磨料的预期应用来控制第三区域930中的该组成形磨料颗粒931和二次颗粒932的粒重。
第四区域940可包括磨料微粒，该磨料微粒包括一组成形磨料颗粒941和二次颗粒942，该组成形磨料颗粒和二次颗粒相对于彼此具有大体随机分布。另外，该组成形磨料颗粒941可具有相对于彼此的随机旋转取向。该组成形磨料颗粒941和二次颗粒942可相对于彼此以随机分布布置，使得不存在可辨别的短程或长程有序。值得注意的是，该组成形磨料颗粒941和二次颗粒942可在第四区域940内基本上均匀地分布，从而限制了团块(两个或更多个彼此接触的颗粒)的形成。应当理解，可基于带涂层磨料的预期应用来控制第四区域910中的该组成形磨料颗粒941和二次颗粒942的粒重。
如图9所示，带涂层磨料制品900可包括不同的区域910、920、930和940，其中的每一个均可包括根据本文的实施例的不同组的磨料微粒。带涂层磨料制品900旨在示出可使用本文的实施例的***和过程产生的颗粒的不同类型的分组、布置和分布。该说明不旨在仅限于那些颗粒组，并且应当理解，可制成如图9所示的仅包括一个区域的带涂层磨料制品。还应当理解，可制成图9所示的包括这些区域中的一个或多个不同组合或布置的其他带涂层磨料制品。
许多不同的方面和实施例都是可能的。本文描述了这些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一个或多个实施例。
实施例
实施例1.一种磨料微粒，该磨料微粒包括主体和包含在主体中的掺杂剂，其中该掺杂剂非均匀地分布在整个主体中并且其中主体包含至少35％的最大归一化掺杂剂含量差。
实施例2.一种磨料微粒，该磨料微粒包括主体和包含在主体中的掺杂剂，其中该掺杂剂非均匀地分布在整个主体中并且在主体中限定以下区域：
富集区域，该富集区域邻接主体的外表面并且具有第一掺杂剂含量；
掺杂区域，该掺杂区域在主体的中心区域中并且不同于富集区域，该掺杂区域具有第二掺杂剂含量；以及
耗尽区域，该耗尽区域介于富集区域与掺杂区域之间，该耗尽区域限定归一化掺杂剂含量的减少大于0.04％/nm。
实施例3.根据实施例2所述的磨料微粒，其中主体包含至少35％的最大归一化掺杂剂含量差。
实施例4.根据实施例1和3中任一项所述的磨料微粒，其中最大归一化掺杂剂含量差为至少36％、或至少37％、或至少38％、或至少40％、或至少42％、或至少44％、或至少46％、或至少48％、或至少50％、或至少52％、或至少54％、或至少56％、或至少58％、或至少60％、或至少62％、或至少64％、或至少66％、或至少68％、或至少70％。
实施例5.根据实施例1和3中任一项所述的磨料微粒，其中最大归一化掺杂剂含量差为不大于99％、或不大于95％、或不大于90％、或不大于85％、或不大于80％、或不大于75％、或不大于70％、或不大于65％、或不大于60％。
实施例6.根据实施例1所述的磨料微粒，其中掺杂剂非均匀地分布在整个主体中并且在主体中限定以下区域：
富集区域，该富集区域邻接主体的外表面并且具有第一掺杂剂含量；
掺杂区域，该掺杂区域在主体的中心区域中并且不同于富集区域，该掺杂区域具有第二掺杂剂含量；以及
耗尽区域，该耗尽区域介于富集区域与掺杂区域之间，该耗尽区域限定归一化掺杂剂含量的减少大于0.04％/nm。
实施例7.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中耗尽区域中的掺杂剂的归一化含量的减少为至少0.04％/nm、或至少0.05％/nm、或至少0.06％/nm、或至少0.08％/nm、或至少0.10％/nm、或至少0.22％/nm、或至少0.23％/nm、或至少0.25％/nm、或至少0.26％/nm、或至少0.27％/nm、或至少0.28％/nm、或至少0.29％/nm、或至少0.30％/nm。
实施例8.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中耗尽区域中的掺杂剂的归一化含量的减少为不大于0.5％/nm、或不大于0.48％/nm、或不大于0.45％/nm、或不大于0.43％/nm、或不大于0.40％/nm、或不大于0.35％/nm。
实施例9.根据权利要求2和6中任一项所述的磨料微粒，其中耗尽区域中的掺杂剂含量的减少大于富集区域或掺杂区域中的掺杂剂含量的减少。
实施例10.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中耗尽区域中的归一化掺杂剂含量的减少比富集区域中的归一化掺杂剂含量的减少大至少2倍，或比富集区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少3倍、或大至少4倍、或大至少5倍。
实施例11.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中耗尽区域中的归一化掺杂剂含量的减少比掺杂区域中的归一化掺杂剂含量的减少大至少2倍，或比掺杂区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少3倍、或大至少4倍、或大至少5倍。
实施例12.根据实施例2和6中任一实施例所述的磨料微粒，其中耗尽区域的起始点比主体的中心点更接近主体的外表面。
实施例13.根据实施例2和6中任一实施例所述的磨料微粒，其中耗尽区域的结束点比主体的中心点更接近主体的外表面。
实施例14.根据实施例2和6中任一实施例所述的磨料微粒，其中富集区域从主体的外表面延伸到主体中达不大于3000nm、或不大于2800nm、或不大于2500nm、或不大于2300nm、或不大于2000nm、或不大于1800nm、或不大于1600nm、或不大于1400nm、或不大于1200nm、或不大于1000nm、或不大于900nm、或不大于800nm、或不大于700nm、或不大于600nm。
实施例15.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中富集区域从主体的外表面延伸到主体中达至少1nm。
实施例16.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中第一掺杂剂含量为主体中的掺杂剂的最大含量(Cmax)，并且第二掺杂剂含量为主体中的掺杂剂的最小含量(Cmin)。
实施例17.根据实施例16所述的磨料微粒，其中主体中的掺杂剂的最大含量(Cmax)在富集区域和耗尽区域的边界处限定耗尽区域的开始。
实施例18.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂区域在主体中比富集区域延伸达更大的长度。
实施例19.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂区域在主体中比耗尽区域延伸达更大的长度。
实施例20.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中耗尽区域在主体中比掺杂区域延伸达更大的长度。
实施例21.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中富集区域在主体中比耗尽区域延伸达更大的长度。
实施例22.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂区域在主体中延伸达至少1000nm、或至少1200nm、或至少1500nm、或至少2000nm、或至少3000nm、或至少4000nm的长度。
实施例23.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂区域包含掺杂剂的归一化含量的不大于0.04％/nm、或不大于0.03％/nm、或不大于0.02％/nm、或不大于0.01％/nm的变化。
实施例24.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂区域包含掺杂剂的归一化含量的至少0.001％/nm、或至少0.005％/nm、或至少0.008％/nm、或至少0.01％/nm的变化。
实施例25.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中富集区域包含掺杂剂的归一化含量的不大于0.16％/nm、或不大于0.15％/nm、或不大于0.13％/nm、或不大于0.10％/nm、或不大于0.080％/nm、或不大于0.060％/nm的变化。
实施例26.根据实施例2和6中任一项所述的磨料微粒，其中富集区域包含掺杂剂的归一化含量的至少0.001％/nm、或至少0.005％/nm、或至少0.007％/nm的变化。
实施例27.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含氧化物或其中主体包含氧化铝或其中主体包含α-氧化铝或其中主体包含多晶α-氧化铝。
实施例28.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体基本上由氧化物和掺杂剂组成。
实施例29.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体基本上由α-氧化铝和掺杂剂组成。
实施例30.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含占主体的总重量的至少60重量％的氧化铝，或至少70重量％、或至少80重量％、或至少90重量％的氧化铝。
实施例31.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含占主体的总重量的不大于99重量％、或不大于98重量％、或不大于97重量％、或不大于96重量％、或不大于95重量％、或不大于94重量％、或不大于93重量％、或不大于92重量％、或不大于91重量％或不大于90重量％的氧化铝。
实施例32.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含氧化物材料的微晶，并且其中微晶具有不大于100微米、或不大于80微米、或不大于50微米、或不大于30微米、或不大于20微米、或不大于10微米、或不大于1微米、或不大于0.9微米、或不大于0.8微米、或不大于0.7微米、或不大于0.6微米的平均晶粒尺寸。
实施例33.根据实施例32所述的磨料微粒，其中平均晶粒尺寸为至少0.01微米、或至少约0.05微米。
实施例34.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中磨料颗粒包含不大于5000微米且至少0.1微米的均值粒度。
实施例35.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中磨料颗粒包含占主体的总体积的不大于5体积％、或不大于4体积％、或不大于3体积％、或不大于2体积％、或不大于1体积％的孔隙率。
实施例36.根据实施例1和2中任一实施例所述的磨料微粒，其中掺杂剂包含选自由以下项组成的组的元素：铪、锆、铌、钽、钼、钒、锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铬、钴、铁、锗、锰、镍、钛、锌、铈、钕、钆、铕、硅、磷或它们的任意组合。
实施例37.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂剂包含镁。
实施例38.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂剂基本上由镁或氧化镁组成。
实施例39.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体基本上由α-氧化铝和镁或氧化镁的掺杂剂组成。
实施例40.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中掺杂剂主要位于氧化物的晶粒之间的晶粒边界处。
实施例41.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含占主体的总重量的不大于18重量％的掺杂剂，或占主体的总重量的不大于16重量％、或不大于14重量％、或不大于12重量％、或不大于10重量％、或不大于8重量％、或不大于6重量％、或不大于5重量％、或不大于4重量％或不大于3重量％的掺杂剂。
实施例42.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含占主体的总重量的至少0.5重量％的掺杂剂，或至少1重量％、或至少2重量％、或至少3重量％的掺杂剂。
实施例43.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体为爆裂磨料颗粒。
实施例44.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体包含不大于115微米、或不大于110微米、或不大于105微米、或不大于100微米、或不大于95微米的平均曲率半径，并且其中主体包含在至少1.8至不大于4.0的范围内的特定长度。
实施例45.根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒，其中主体为成形磨料颗粒，该成形磨料颗粒具有第一表面、第二表面和在第一表面和以下形状的第二组合之间延伸的侧表面：多边形形状、包括中心区域和从中心区域延伸的多个臂(例如，至少三个臂)的形状(例如，星形)和它们的组合。
实施例46.一种固定磨料制品，其包括磨料表面，并且其中第一表面具有选自由以下项组成的组的二维形状：规则多边形；不规则多边形；不规则多边形，该不规则多边形包括弧形或弯曲的边或边部分；椭圆体；数字；希腊字母字符；拉丁字母字符；俄语字母字符；汉字字符；具有根据实施例1和2中任一项所述的微粒的复杂形状。
实施例47.根据实施例46所述的固定磨料制品，其中磨料制品包含带涂层磨料、粘结磨料、非织造磨料或它们的任意组合。
实施例48.根据实施例46所述的固定磨料制品，其中磨料微粒包括固定磨料制品主体内的受控放置或取向。
实施例49.根据实施例46所述的固定磨料制品，其进一步包括多个磨料颗粒，其中多个磨料颗粒包括多个磨料微粒。
实施例50.根据实施例49所述的固定磨料制品，其中多个磨料颗粒包括磨料颗粒的共混物，该共混物包括：第一类型，该第一类型由多个磨料微粒组成；和第二类型，该第二类型与第一类型的不同之处在于选自由以下项组成的组的至少一个磨料特性：平均粒度、二维形状、三维形状、组合物、硬度、韧性、易碎性、密度、晶粒尺寸、团聚状态或它们的任意组合。
实施例51.多个磨料颗粒，其包括根据实施例1和2中任一项所述的磨料微粒。
实施例52.根据实施例51所述的多个磨料微粒，其中多个磨料颗粒包括多个磨料微粒。
实施例53.根据实施例51所述的多个磨料微粒，其中磨料颗粒的至少60％为磨料微粒，磨料微粒中的每一个具有至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％的非均匀分布在整个主体中的掺杂剂。
实施例54.一种形成包括主体的磨料微粒的方法，该方法包括：
粉碎微粒前体；
浸渍微粒前体；以及
进行富集过程并且在磨料微粒的主体的富集区域中选择性地沉积与主体的掺杂区域相比浓度更高的掺杂剂，该掺杂区域与主体的中心区域相关联。
实施例55.根据实施例54所述的方法，其中富集过程包括控制以下至少一项：时间、温度、掺杂剂含量、掺杂剂浓度、压力、掺杂剂的相、掺杂剂的粘度或它们的任意组合。
实施例56.根据实施例54所述的方法，其中富集过程在浸渍过程之后进行，并且包括将掺杂剂的纳米颗粒沉积在浸渍的微粒前体的外表面上。
实施例57.根据实施例54所述的方法，其中富集过程包括选自由以下项组成的组的至少一个过程：选择性沉积、浸渍、涂覆、浸泡、混合、加热、干燥、冷却或它们的任意组合。
实施例58.根据实施例54所述的方法，其中富集过程与浸渍同时进行。
实施例59.根据实施例54所述的方法，其中富集过程在浸渍之后进行。
实施例60.根据实施例54所述的方法，其中主体包含至少35％、或至少36％、或至少37％、或至少38％、或至少40％、或至少42％、或至少44％、或至少46％、或至少48％、或至少50％、或至少52％、或至少54％、或至少56％、或至少58％、或至少60％、或至少62％、或至少64％、或至少66％、或至少68％、或至少70％的最大归一化掺杂剂含量差。
实施例61.根据实施例60所述的方法，其中最大归一化掺杂剂含量差为不大于99％、或不大于95％、或不大于90％、或不大于85％、或不大于80％、或不大于75％、或不大于70％、或不大于65％、或不大于60％。
实施例62.根据实施例54所述的方法，其中掺杂剂非均匀地分布在整个主体中并且在主体中限定以下区域：
富集区域，该富集区域邻接主体的外表面并且具有第一掺杂剂含量；
掺杂区域，该掺杂区域在主体的中心区域中并且不同于富集区域，该掺杂区域具有第二掺杂剂含量；以及
耗尽区域，该耗尽区域介于富集区域与掺杂区域之间，该耗尽区域限定归一化掺杂剂含量的减少大于0.04％/nm。
实施例63.根据实施例62所述的方法，其中耗尽区域中的掺杂剂的归一化含量的减少为至少0.04％/nm、或至少0.05％/nm、或至少0.06％/nm、或至少0.08％/nm、或至少0.10％/nm、或至少0.20％/nm、或至少0.22％/nm、或至少0.23％/nm、或至少0.25％/nm、或至少0.26％/nm、或至少0.27％/nm、或至少0.28％/nm、或至少0.29％/nm、或至少0.30％/nm。
实施例64.根据实施例63所述的方法，其中耗尽区域中的掺杂剂的归一化含量的减少为不大于0.5％/nm、或不大于0.48％/nm、或不大于0.45％/nm、或不大于0.43％/nm、或不大于0.40％/nm、或不大于0.35％/nm。
实施例65.根据实施例54所述的方法，其中耗尽区域中的掺杂剂含量的变化大于富集区域中的掺杂剂含量的变化或掺杂区域中的掺杂剂含量的变化。
实施例66.根据实施例54所述的方法，其中耗尽区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化比富集区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少2倍，或比富集区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少3倍、或大至少4倍、或大至少5倍。
实施例67.根据实施例54所述的方法，其中耗尽区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化比掺杂区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少2倍，或比掺杂区域中的掺杂剂含量的最大归一化变化大至少3倍、或大至少4倍、或大至少5倍。
实施例68.根据实施例54所述的方法，其中耗尽区域的起始点比主体的中心点更接近主体的外表面。
实施例69.根据实施例54所述的方法，其中耗尽区域的结束点比主体的中心点更接近主体的外表面。
实施例70.根据实施例54所述的方法，其中富集区域从主体的外表面延伸到主体中达不大于3000nm、或不大于2800nm、或不大于2500nm、或不大于2300nm、或不大于2000nm、或不大于1800nm、或不大于1600nm、或不大于1400nm、或不大于1200nm、或不大于1000nm、或不大于900nm、或不大于800nm、或不大于700nm、或不大于600nm、或不大于500nm、或不大于400nm、或不大于350nm、或不大于300nm、或不大于250nm、或不大于200nm、或不大于150nm、或不大于100nm。
实施例71.根据实施例54所述的方法，其中富集区域从主体的外表面延伸到主体中达至少1nm。
实施例72.根据实施例54所述的方法，其中第一掺杂剂含量为主体中的掺杂剂的最大含量(Cmax)，并且第二掺杂剂含量为主体中的掺杂剂的最小含量(Cmin)。
实施例73.根据实施例54所述的方法，其中掺杂区域包含掺杂剂的归一化含量的不大于0.04％/nm、或不大于0.03％/nm、或不大于0.02％/nm、或不大于0,01％/nm的变化。
实施例74.根据实施例54所述的方法，其中掺杂区域包含掺杂剂的归一化含量的至少0.001％/nm、或至少0.005％/nm、或至少0.008％/nm、或至少0.01％/nm的变化。
实施例75.根据实施例54所述的方法，其中富集区域包含掺杂剂的归一化含量的不大于0.16％/nm、或不大于0.15％/nm、或不大于0.13％/nm、或不大于0.10％/nm、或不大于0.080％/nm、或不大于0.060％/nm的变化。
实施例76.根据实施例54所述的方法，其中富集区域包含掺杂剂的归一化含量的至少0.001％/nm、或至少0.005％/nm、或至少0.007％/nm的变化。
实施例77.根据实施例54所述的方法，其中主体包含氧化物或其中主体包含氧化铝或其中主体包含α-氧化铝或其中主体包含多晶α-氧化铝。
实施例78.根据实施例77所述的方法，其中主体基本上由α-氧化铝和掺杂剂组成。
实施例79.根据实施例54所述的方法，其中主体包含以下至少一项：
a)氧化铝，该氧化铝占主体的总重量的至少60重量％且不大于99重量％；
b)第一相的微晶，该微晶包含氧化物，其平均晶粒尺寸为至少0.01微米且不大于100微米；
c)均值粒度，该均值粒度为不大于5000微米且至少0.1微米；
d)孔隙率，该孔隙率占主体的总体积的不大于5体积％；
e)掺杂剂，该掺杂剂包含选自由以下项组成的组的元素：铪、锆、铌、钽、钼、钒、锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、镨、铬、钴、铁、锗、锰、镍、钛、锌、铈、钕、钆、铕、硅、磷或它们的任意组合。
f)掺杂剂，该掺杂剂主要位于氧化物的晶粒之间的晶粒边界处；
g)掺杂剂，该掺杂剂占主体的总重量的至少0.5重量％且不大于18重量％；
h)其中主体为爆裂磨料颗粒；
i)平均曲率半径，该平均曲率半径为不大于115微米；
j)成形磨料颗粒；以及
k)它们的任意组合。
实例1
按照以下程序制备磨料微粒的第一样品(样品S1)。根据US 6,083,622的教导内容，制备了爆裂性粉碎但未烧结的氧化铝前体微粒。
所得原料的粒度为850-1000微米，且孔体积为约0.45cm3/g。使用BET测量孔体积，并使用孔体积确定原料粉末的饱和条件。
将25g的原料粉末用水性过饱和硝酸镁六水合物盐(Mg-盐)溶液(占Mg-盐溶液的总量的67重量％的Mg-盐)喷雾浸渍以对应于100％孔体积。将混合物在空气中在95℃下干燥至少8小时，然后在800℃下煅烧10分钟。在浸渍之后，进行进一步的富集过程，其中通过喷雾浸渍在干燥和浸渍的前体微粒的外表面上沉积粒度在150nm至250nm之间的含1重量％的胶体氢氧化镁的溶液(来自Nyacol的MagSol)。将所得颗粒干燥并在1250℃-1280℃之间的温度下烧结。
确定样品S1的磨料微粒的尺寸，并经由飞行时间二次离子质谱法(TOF-SIMS)分析该磨料微粒，以基于最大强度归一化与穿透深度来确定掺杂剂浓度，如本文先前所述，并且也如图10和下表1所示。TOF-SIMS测量了颗粒中以Mg+形式存在的镁，通过计算将其转化为氧化镁。样品S1的最大归一化掺杂剂含量差为大约48％，并且耗尽区域中的归一化掺杂剂含量的减少为大约0.28％/nm。样品S1的平均总氧化镁掺杂含量为占颗粒的总重量的约5重量％。
实例2
使用与实例1中的样品S1相同的原料形成另一样品(样品S2)。样品2也进行了富集过程。在富集过程之后，将实例S2在约1250℃的温度下烧结。样品S2的平均总MgO掺杂剂含量为占磨料微粒的总重量的约8重量％。
如图10和表1所示，样品S2的最大归一化掺杂剂含量差为大约62％，并且耗尽区域中的归一化掺杂剂含量的减少为大约0.06％/nm。
样品S2的平均总MgO掺杂剂含量为占磨料微粒的总重量的约8重量％。
实例3
对比样品CS1是可商购获得的并且常规地是Mg-盐浸渍和烧结的氧化铝磨料微粒材料(3M的Cubitron II)。
将样品CS1以与样品S1和S2相同的方式进行TOF-SIMS分析，并在图10和表1中示出。
样品CS1的最大归一化Mg掺杂剂含量差为大约26％，并且掺杂剂的归一化含量的减少为大约0.01％/nm。
样品S1、S2和CS1的Cmax值和Cmin值以及所计算的最大归一化掺杂剂含量差(Δ强度)和耗尽区域中的归一化掺杂剂含量的变化(从Cmax下降到Cmin，以％/nm表示)的总结见下表1。
表1：
Figure BDA0002940959460000451
以上公开的主题应该理解为示例性的而非限制性的，我们希望所附的权利要求涵盖所有落在本发明实质范围内的该等修改、提高和其他实施例。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围由所附权利要求及其等同物的最宽可允许解释限定，并且不受上述具体实施方式约束或限制。
提供说明书摘要旨在遵守专利法，并且在提交时理解其将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在上述具体实施方式中，出于简化本公开的目的，可以将各种特征组合在一起或在单个实施例中描述。本公开不应理解为体现这样的意图：受权利要求书保护的实施例要求比每项权利要求中所明确列举的更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的，发明主题可涉及少于本发明所公开的实施例的任一者的所有特征。因此，将以下权利要求并入到具体实施方式中，其中每项权利要求独立定义单独要求保护的主题。

Claims (12)

1.一种磨料微粒，所述磨料微粒包括主体和包含在所述主体中的掺杂剂，其中所述掺杂剂包含氧化镁且非均匀地分布在整个所述主体中：
富集区域，所述富集区域邻接所述主体的外表面并且具有第一掺杂剂含量，所述富集区域起始于所述主体的外表面并且延伸进主体内的平均深度为至少10nm，并且终止在最大掺杂剂含量Cmax的点；
掺杂区域，所述掺杂区域在所述主体的中心区域中并且不同于所述富集区域，所述掺杂区域具有第二掺杂剂含量；以及
耗尽区域，所述耗尽区域介于所述富集区域与所述掺杂区域之间，所述耗尽区域起始于Cmax处并且限定所述掺杂剂的归一化含量减少至少0.04％/nm且不大于0.45％/nm，
并且其中所述主体包含至少35％的最大归一化掺杂剂含量差。
2.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述耗尽区域中的掺杂剂含量的变化大于所述富集区域中的掺杂剂含量的变化或所述掺杂区域中的掺杂剂含量的变化。
3.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述耗尽区域中的所述归一化掺杂剂含量的减少比所述掺杂区域中的所述归一化掺杂剂含量的减少大至少3倍。
4.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述富集区域从所述主体的外表面朝向所述主体的中心点延伸到所述主体中达不大于500nm。
5.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述掺杂区域在所述主体中比所述富集区域延伸达更大的长度。
6.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述掺杂区域在所述主体中比所述耗尽区域延伸达更大的长度，并且所述掺杂区域中的所述掺杂剂的归一化掺杂剂含量的减少为不大于0.03％/nm。
7.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述掺杂区域在所述主体中延伸达至少2000nm的长度。
8.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述主体基本上由α-氧化铝和所述掺杂剂组成。
9.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述主体包含占所述主体的总重量的至少1重量％的掺杂剂和不大于14重量％的掺杂剂。
10.根据权利要求9所述的磨料微粒，其中所述主体包含占所述主体的总重量的至少4重量％的掺杂剂。
11.根据权利要求1所述的磨料微粒，其中所述主体为爆裂磨料颗粒且具有不大于115微米的曲率半径。
12.一种形成包括主体的磨料微粒的方法，所述方法包括：
粉碎微粒前体；
浸渍所述微粒前体；以及
进行富集过程并且在所述磨料微粒的所述本体的富集区域中选择性地沉积与所述本体的掺杂区域相比浓度更高的掺杂剂，所述掺杂区域与所述本体的中心区域相关联，并且其中所述掺杂剂包含氧化镁；所述本体包含至少35％的最大归一化掺杂剂含量差；以及耗尽区域，所述耗尽区域介于所述富集区域与所述掺杂区域之间，所述耗尽区域起始于Cmax处并且限定所述掺杂剂的归一化含量减少至少0.04％/nm且不大于0.45％/nm。
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